10/5/2014
Pertemuan IX :
SAMBUNGAN BAUT (Bolt Connection)
Mata Kuliah : Struktur Baja Kode MK : TKS 4019 Pengampu : Achfas Zacoeb
Pendahuluan Dalam konstruksi baja, setiap bagian elemen dari strukturnya dihubungkan satu sama lain dengan menggunakan alat pengikat (fastener)/penyambung. Pada struktur rangka baik atap maupun jembatan baja, juga pada struktur portal, tempat berkumpulnya batang-batang, yang disebut titik buhul, menggunakan pelat penyambung yang dinamakan pelat buhul, dimana batang-batang tadi diikat dengan menggunakan alat pengikat pada pelat buhul tersebut. Jenis-jenis alat pengikat yang sering digunakan adalah paku keling (rivet), baut (bolt), dan las (welded) seperti pada Gambar 1.
1
10/5/2014
Pendahuluan (lanjutan)
a. Paku Keling
c. Las
b. Baut Gambar 1. Tipe alat sambung
Baut Mutu Tinggi Baut Mutu Tinggi (High Strength Bolt) Ada dua jenis baut mutu tinggi yang ditetapkan ASTM yaitu A325 dan A490. Baut A325 terbuat dari baja karbon sedang dengan kekuatan leleh (yield strength) dari 560 sampai dengan 630 MPa, sedangkan baut A490 terbuat dari baja alloy yang mempunyai kekuatan leleh mendekati 790 sampai dengan 900 MPa (Catatan : tergantung juga ukuran diameter).
Gambar 2. Kode Baut
2
10/5/2014
Baut Mutu Tinggi (lanjutan) Ukuran diameter baut berkekuatan tinggi berkisar ½” sampai dengan 1 ½” khusus baut A449 sampai dengan 3”. Ukuran baut yang sering digunakan pada struktur bangunan adalah ¾” dan 7/8”, sedangkan untuk struktur jembatan 7/8” sampai dengan 1”. Baut kekuatan tinggi dikencangkan untuk menimbulkan tegangan tarik yang ditetapkan pada baut sehingga terjadi gaya jepit (clamping force) pada sambungan. Oleh karena itu beban kerja sesungguhnya dipikul oleh gaya gesekan antara pelat atau batang yang disambung. Gaya ini disebut Proof Load.
Kekuatan Sambungan SNI 03-1729-2002 pasal 13.2.2. menyatakan, suatu baut yang memikul gaya terfaktor, Ru harus memenuhi syarat berikut, 𝑅𝑢 ≤ ∅𝑅𝑛 (1) dengan : = faktor reduksi kekuatan = 0,75 Rn = kuat nominal baut. Sesuai dengan cara bekerjanya baut maka baut dibedakan dalam dua type yaitu tipe friksi (friction type) dan tipe tumpu (bearing type).
3
10/5/2014
Baut Tipe Friksi Pada baut tipe friksi (friction type), kekuatan baut didapat dari gesekan (friction) yang terjadi antar pelat atau batang yang disambung. Baut tipe ini sering dikenal dengan istilah slip-critical connections, yaitu baut yang mengandalkan kekuatan slip antara permukaan batang yang disambung. Agar baut tipe ini bekerja maka diperlukan suatu alat yang dapat mengencangkan baut atau memberikan momen torsi pada baut sedemikian hingga baut mengalami prategang tarik. Pada sambungan tipe friksi yang mengunakan baut mutu tinggi yang slipnya dibatasi, satu baut yang hanya memikul gaya geser terfaktor, dalam bidang permukaan friksi harus memenuhi Pers. (1).
Baut Tipe Friksi (lanjutan) Kuat geser nominal satu baut dalam sambungan tipe friksi yang ditentukan sebagai berikut : 𝑅𝑛 = 1,13 . . . 𝑚 . 𝑇𝑏 (2) dengan : = 0,35 koefisien gesek untuk bidang kontak dalam keadaan bersih. m adalah jumlah bidang geser. Tb adalah gaya tarik baut minimum (proof load) = 1,0 untuk lubang standar. = 0,85 untuk lubang selot pendek dan lubang besar. = 0,70 untuk lubang selot panjang tegak lurus arah kerja gaya. = 0,60 untuk lubang selot panjang sejajar arah kerja gaya.
4
10/5/2014
Baut Tipe Friksi (lanjutan) Baut pada sambungan yang slipnya dibatasi dan memikul gaya tarik terfaktor, Tu harus memenuhi Pers. (1) dengan kuat rencana slip 𝑅𝑢 direduksi dengan faktor : 𝑇
𝑢 1 − 1,13𝑇
𝑏
(3)
Gambar 3. Gaya tension pada baut, Tb
Baut Tipe Tumpu Pada baut tipe tumpu (bearing tipe), kekuatan baut didapat dari adanya gaya tumpu pada bidang kontak antara baut dan pelat yang disambung, atau kemampuan menahan geseran pada penampang baut.
Pada baut tipe tumpu, keruntuhan sambungan dapat terjadi karena keruntuhan geser pada baut atau keruntuhan tumpu pada elemen yang disambung seperti plat/batang.
5
10/5/2014
Baut Tipe Tumpu (lanjutan) 1. Kuat Geser Nominal Baut Kuat geser nominal yang diberikan oleh satu buah baut yang mengalami geser pada penampangnya adalah : 𝑅𝑛 = 𝑚 .𝑟1.𝑓𝑢𝑏. 𝐴𝑏 (4) dengan : m = jumlah bidang geser (lihat Gambar 4). r1 = 0,5 untuk bidang geser baut tak berulir. = 0,4 untuk bidang geser baut berulir. fub = kuat tarik putus baut (MPa). Ab = luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir (mm2).
Baut Tipe Tumpu (lanjutan)
a. r1 = 0,5
b. r1 = 0,4
Gambar 4. Bidang geser baut
6
10/5/2014
Baut Tipe Tumpu (lanjutan) 2. Kuat Tumpu Nominal Baut Kuat tumpu nominal tergantung kepada kondisi terlemah antara baut dan pelat/batang yang disambung, dihitung dengan cara sebagai berikut : 𝑅𝑛 = 𝑛 . 𝑑𝑏. 𝑡𝑝. 𝑓𝑢 (5) dengan : n = 2,4 berlaku untuk semua jenis lobang baut. = 2,0 untuk lobang selot panjang tegak lurus arah kerja gaya. db = diameter baut bagian tidak berulir (mm). tp = tebal pelat/batang terkecil (mm). fu = tegangan tarik putus baut/pelat/batang (MPa).
Kuat Tarik Nominal Baut Baut yang memikul gaya tarik, kuat nominalnya dihitung sebagai berikut : Rn = fub.Ab (6) dengan : fu = kuat tarik putus baut (MPa). Ab = luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir (mm2).
7
10/5/2014
Kegagalan Sambungan Kekuatan sambungan dengan baut atau paku keling dievaluasi dengan meninjau beberapa kemungkinan kegagalan (failure). Kekuatan biasanya dihitung dengan mempertimbangkan jumlah lapis pelat/batang yang disambung. Ada 6 (enam) tipe kegagalan yang mungkin terjadi pada sambungan, yaitu : 1. Pelat robek pada daerah sambungan (tearing failure of plates). 2. Keruntuhan geser pada baut/paku keling (shear failure of bolts/ rivets). 3. Keruntuhan geser pada pelat yang disambung (shear failure of plate). 4. Keruntuhan tumpu pada pelat (bearing failure of plate). 5. Keruntuhan blok geser pada pelat (shear block failure of plate). 6. Keruntuhan tumpu pada baut (bearing failure of bolt).
Kegagalan Sambungan
(lanjutan)
1. Pelat robek pada daerah sambungan (tearing failure of plates)
Sambungan pelat.
Sambungan pada struktur rangka, profil siku.
8
10/5/2014
Kegagalan Sambungan (lanjutan) 2. Keruntuhan geser pada baut/paku keling (shear failure of bolts / rivets).
Tipe fraktur antara tarik – geser.
Keruntuhan geser pada baut/paku dengan berbagai lapis pelat.
Kegagalan Sambungan (lanjutan) 3. Keruntuhan geser pada pelat yang disambung (shear failure of plate).
Tipe fraktur geser pada pelat.
9
10/5/2014
Kegagalan Sambungan (lanjutan) 4. Keruntuhan tumpu pada pelat (bearing failure of plate).
Tipe fraktur bidang tumpu pada pelat.
Tipe fraktur dan leleh bidang tumpu pada pelat.
Kegagalan Sambungan (lanjutan) 5. Keruntuhan blok geser pada pelat (shear block failure of plate).
Tipe fraktur blok geser pada pelat.
10
10/5/2014
Kegagalan Sambungan (lanjutan) 6. Keruntuhan tumpu pada baut (bearing failure of bolt).
Tipe keruntuhan tumpu pada baut.
Soal Latihan : Sebuah sambungan terdiri dari dua buah pelat 5 x 200 mm disambung dengan satu buah pelat 8 x 200 mm, mutu baja BJ-37, seperti pada gambar dibawah mengalami gaya tarik sentris, yang terdiri dari muatan mati D = 10 ton, muatan hidup L = 7 ton. Sambungan menggunakan baut biasa dengan mutu BJ-37. Rencanakan sambungan tersebut!
11
10/5/2014
Perencanaan : a. Tegangan Ijin Baja BJ-37 : Baut, fy = 240 MPa fu = 370 MPa Pelat, fy = 240 MPa fu = 370 MPa
b. Beban Tarik Terfaktor : Ru = 1,2D + 1,6L = 1,2(10) + 1,6(7) = 23,2 ton = 232,0 kN
c. Rencana Baut : Dicoba baut diameter d = 12 mm, diameter lobang d1 = 12 mm + 2 mm = 14 mm.
Perencanaan (lanjutan) c.1. Tinjauan terhadap kuat geser : 𝑅𝑛 = 𝑚 . 𝑟1 . 𝑓𝑢𝑏. 𝐴𝑏 dengan : m = 2 bidang geser r1 = 0,4 untuk bidang geser baut berulir fub = 370 MPa Ab = ¼ ..d2 = ¼.3,14.122 = 113,04 mm2 maka : 𝑅𝑛 = (2).(0,4).(370).(113,04) = 33459,8 N = 33,46 kN 𝑅𝑛 = 0,75.(33,46) = 25,09 kN
12
10/5/2014
Perencanaan (lanjutan) c.2. Tinjauan terhadap kuat tumpu : Tebal pelat terkecil tp = 8 mm 𝑅𝑛 = 𝑛. 𝑑𝑏. 𝑡𝑝. 𝑓𝑢 dengan : n = 2,4 berlaku untuk semua jenis lubang baut db = 12 mm tp = 8 mm fu = 370 MPa maka : 𝑅𝑛 = (2,4).(12).(8).(370) = 85248,0 N = 85,52 kN 𝑅𝑛 = 0,75.(85,25) = 63,94 kN
Perencanaan (lanjutan) c.3. Jumlah baut : Yang menentukan adalah akibat geser, maka jumlah baut : 𝑅
232,0
𝑛𝑏 = 𝜙𝑅𝑢 = 25,09 = 9,2 buah 𝑛
diambil jumlah baut, nb = 10 buah.
13
10/5/2014
Perencanaan (lanjutan) c.4. Susunan baut :
Sambungan pelat dengan pengikat baut Keterangan :
S1 = 2d = 24 mm, diambil 30 mm S = 3d = 36 mm, diambil 40 mm U = 140 mm
Evaluasi a. Baut Jumlah daya dukung 10 buah baut : Ru = 10.Rn = 10.(25,09) = 250,9 kN = 25,09 ton > 23,2 ton (memenuhi)
14
10/5/2014
Evaluasi (lanjutan) b. Pelat b.1. Cek luas penampang minimum dan shear leg . Luas penampang bruto : Ab = (8).(200) = 1600 mm2 Syarat luas penampang minimum : Amin = 85% Ab = (0,85).(1600) = 1360 mm2 Luas penampang netto : Anetto = Ab – 2.d1.tp = 1600 – 2.(14).(8) = 1376 mm2 > 1360 mm2 (memenuhi)
Evaluasi (lanjutan) Shear leg : x = 5/2 = 2,5 mm L = 4S = 4.(40) = 160 mm Koefisien reduksi : U = 1 – x/L = 1 – 2,5/160 = 0,98 > 0,9 U = 1,0 (SNI 03-1729-2002, Psl. 10.2.5) Maka : Ae = Anetto = 1376 mm2
15
10/5/2014
Evaluasi (lanjutan) b.2. Cek daya dukung pelat pada daerah sambungan . Ru = .Anetto.fu = (0,75).(1376).(370) = 381840,0 N = 381,84 kN = 38,2 ton > 23,2 ton (memenuhi) b.3. Cek terhadap geser blok . Kondisi geser blok diperiksa untuk pelat sambungan dengan nilai tebal terkecil, tp = 8 mm.
Evaluasi (lanjutan) Daerah geser blok pada sambungan : Luas : Agv = 2.(190).(8) = 3040 mm2 Anv = 3040 - 2.(4,5).(14).(8) = 2032 mm2 Agt = 2.(30).(8) = 480 mm2 Ant = 480 - 2.(0,5).(14).(8) = 368 mm2
16
10/5/2014
Evaluasi (lanjutan) fu .Ant = (370).(368) = 136160 N 0,6.fu .Anv = 0,6.(370).(2032) = 451104 N fu .Ant < 0,6.fu .Anv , maka kondisi geser blok adalah geser fraktur dengan tarik leleh. Nnt = 0,6.fu .Anv + fy.Agt = 0,6.(370).(2032) +(240).(480) = 566304 N = 566,3 kN = 56,6 ton > 23,2 ton (memenuhi)
TERIMA KASIH DAN SEMOGA LANCAR STUDINYA!
17
